压缩天然气CNG气瓶使用及安全分析自动捆扎机

压缩天然气(CNG)气瓶使用及安全分析

压缩天然气(CNG)气瓶使用及安全分析 2011年12月02日 来源： 　　前言?　　随着我国经济的不断发展，我国的汽车产量和汽车保有量在不断增加，燃油供需矛盾以及汽车尾气带来的城市环境污染问题日益突出，因此，寻找替代能源，开发和发展替代石油的气体燃料汽车对全世界乃至我国都是关系到社会经济，尤其是支柱产业—汽车工业发展的重大战略问题，因而积极探索和发展天然气汽车是解决这些问题的一举两得的有力措施。其中，发展压缩天然气汽车技术是最为现实并且可行的。　　天然气作为一种优质车用燃料，不但价格低廉，运行经济性好，而且发动机的排放污染小、噪声低、磨损小、使用寿命长。因此，积极发展压缩天然气汽车的推广运用能获得较大的社会经济和环境效益。　　一、压缩天然气气瓶的生产安全　　压缩天然气气瓶（CNG-1钢质气瓶、CNG-2钢质内胆环向缠绕气瓶）的生产目前主要采用两种生产工艺进行，一种是冲拔成型，另一种是采用无缝钢管旋压封口封底成型，无论采用何种方式进行生产，整个生产过程中都应严格按照工艺要求进行生产加工，防止和杜绝有缺陷的产品流入市场使用。　　对于这两种成型生产方式，本文就其中的无缝钢管旋压成型进行说明，旋压成型主要是对钢管端部进行加热，然后热旋压加工成型，因而产生的主要问题也在瓶体底部和口部，底部缺陷主要为底部夹杂、壁厚不足、或有微裂纹产生等缺陷，避免此类缺陷的产生主要为生产工艺的成熟，不断改进封底生产工艺以达到最优，对底部缺陷的检查主要为超声波测厚仪以及超声波探伤仪，由先进的检测手段检测瓶体底部，防止有缺陷问题的半成品流入下一工序，从源头上控制产品质量，才能保证气瓶的使用安全。口部缺陷主要为裂纹的产生，同样与生产工艺的稳定性有着重要的联系，因此，从生产工艺的改进和优化是提高产品使用安全的首要条件。　　对气瓶生产中关键工序的检验也是造就高质量产品的重要手段，如瓶体壁厚检测、超声波探伤、磁粉探伤、热处理、水压试验、气密性试验以及疲劳试验、爆破试验等，严格做好每一工序的生产和检验，由专人进行检测，同时每一生产过程有工序见证记录资料，检验结果及时打印并出具报告，气瓶敲打移植号，保证产品的可追溯性，确保产品质量始终处于可受控的检验状态。　　压缩天然气气瓶作为压力容器，犹如一个定时炸弹随时可能引发，因此，保证对用户放心的要求，对于产品的生产和检验，我们不容忽视，在生产中保证安全，才能在使用中让用户安全。　　二、压缩天然气气瓶的使用安全　　 压缩天然气气瓶的使用安全，这里面涉及的安全问题就着实太多了，主要为存储介质、瓶体材料、瓶阀、使用环境、定期检验，人为因素等方面，下面就这些问题逐一进行说明。　　1、存储介质的安全问题　　压缩天然气气瓶的主要存储介质为天然气，天然气的主要成份为甲烷CH4，无色无臭，常温常压下成气态，比空气轻，易燃易爆。沸点为-161.℃（1atm下），其可燃混合气着火范围较宽，热值和自燃温度较高，在封闭环境中扩散系统小，因此泄漏的天然气易形成可燃混合气，遇明火易爆炸燃烧。　　未经处理的天然气含少量的SO2、H2S，有臭味和毒性，另外还含有硫、水份，这些硫份和水份会对压缩天然气装置造成腐蚀，引起各种阀门和管路连接处腐蚀并影响密封性，甚至使减压器功能失效，燃料供给系统布置不合理等问题，最终导致内外泄漏，成为不安全的火灾或爆炸气源，所以压缩天然气汽车所用的燃料天然气一定要进行充分的脱硫脱水，保证气质达到要求。[1]　　目前，大多数压缩天然气气源中都含有硫化氢等酸性物质，特别是四川、重庆等气源质量不佳的地方。硫化氢溶于水后，会造成钢材的电化学腐蚀，产生氢鼓包现象。即使没有水分，压缩天然气中的硫化氢在高压力作用下，也会对气瓶造成腐蚀破坏。在SY 0092-98《汽车用压缩天然气加气站设计规范》中，对压缩天然气的硫化氢、水分等杂质含量都有严格限定，但如果压缩天然气生产工艺中脱硫、脱水装置失效，或加气站经营者对硫化氢、水分指标把关不严，就可能导致压缩天然气中硫化氢、水分含量超标。硫含量超标对于汽车用压缩天然气钢瓶、钢内胆车用压缩天然气缠绕气瓶的破坏作用尤为严重。[2]　　国际标准ISO11439：2000《车用天然气高压气瓶》中4.5气体成分对天然气的要求有具体规定，我国标准GB17820-1999《天然气》对天然气的使用也有相应要求，因此充装压缩天然气的气瓶应充装技术要求达标的天然气，减少对气瓶的腐蚀，延长气瓶使用周期。　　2、瓶体材料的安全问题　　 压缩天然气气瓶材料的选择参照GB18248-2008《气瓶中无缝钢管》，气瓶原材料主要选择铬钼钢无缝钢管，采用调质热处理。压缩天然气钢质气瓶的工作压力较高，天然气中又含有一定量的H2S 和水分，因而钢瓶的氢腐蚀倾向较大。据有关资料，高强度钢在高压下，在干燥的H2S 气体中有裂纹的扩展倾向。当钢瓶硬度较高时(HBC 34) 即使气体中H2S 浓度为0.1 mg/ L ，长时间(1 948 h)可发生断裂。大量研究表明，材料屈服强度在900～1 000 MPa 以上，材料对氢腐蚀极为敏感，材料抗H2S 腐蚀能力随材料强度升高而变坏。如果金属表面存在缺口引起应力集中，容易诱发裂纹。钢的屈服强度越高，其材料断裂临界应力强度因子越低，裂纹扩展速率随钢的强度增加而迅速增大，同时由于车用瓶存在较频繁的振动，因而也是加快裂纹扩展的一个原因。另外，气瓶表面质量也值得重视。由于氢对缺口极为敏感，哪怕非常细小的尖锐缺口也会导致应力集中，加速氢腐蚀进程，最终导致气瓶爆炸。　　对于钢质气瓶，要求钢的纯净度好，韧性高，延伸性能好，钢的表面质量好。如果选用的钢断裂韧性很高，临界裂纹尺寸大于壁厚，使用中，即使发生裂纹扩展，裂纹穿透壁厚仍达不到临界裂纹尺寸，只会发生泄漏而不会发生因裂纹达到临界尺寸引起的爆炸，即“只漏不爆”。因此气瓶制造厂不单对钢厂提出用于钢质气瓶的钢号和相应制造、验收技术标准要求，而且还应对钢中有害杂质元素(如　　S、P、O) 含量、钢的表面质量和力学性能指标提出严格控制要求。如将硫、磷含量限制在0. 01 %；提高钢交货时的δ5 和Akv 指标，将δ5 提高到不小于18 %;要求钢表面不得有任何气泡、裂纹、结疤、折叠、分层、夹杂；表面光洁,不得有任何麻点和凹坑，表面不得进行修补； 适当降低含碳量， 如选用30CrMo 等材料，将材料热处理后的实际最大抗拉强度值控制在不大于880 MPa ,对于经调质处理的材料，屈服应力的最大保证值不得大于最小抗拉强度的85 %，屈服应力实测值和抗拉强度实测值之比不得大于92 %。[3]　　3、瓶阀的安全问题　　在车用压缩天然气气瓶的定期检验中常常会发现气瓶有泄漏现象。检验中发现，有相当一部分气瓶存在瓶阀结构不够合理、与瓶身连接处密封不好等现象。这样的情况在车用压缩天然气全复合材料气瓶中尤为普遍。带有泄漏问题的车用压缩天然气气瓶一旦进入实际运营中，属于带病工作，在一定的条件下必然会发生爆炸等事故。　　4、使用环境的安全问题　　(1) 化学品侵蚀　　车用压缩天然气气瓶在实际运行环境中，可能遭受酸雨等化学物质的侵蚀。这些物质会与气瓶表面的材料发生化学反应，即会对有缠绕层的车用压缩天然气气瓶造成缠绕层纤维的断裂、溶解、松动或者产生应力腐蚀裂纹等，对于钢瓶则直接造成壁厚减薄、产生凹坑等后果。　　(2) 大气侵蚀　　车用压缩天然气缠绕气瓶的纤维缠绕层如果长期暴露在阳光及大气中，其外表面涂层的状况会变化，可能导致缠绕纤维松动、断裂，从而降低车用压缩天然气气瓶的强度，影响其安全性能。　　(3)外力作用　　车用压缩天然气气瓶在使用、搬运等过程中，由于操作不当或者汽车本身发生事故等影响，可能造成车用压缩天然气气瓶受到冲击、碰撞、磨损、过热等损伤，导致车用压缩天然气钢瓶表面受损，或造成车用压缩天然气缠绕气瓶表面纤维层松动、断裂、树脂破碎等后果，会降低车用压缩天然气气瓶的安全性能。　　5、定期检验的安全问题　　建立压缩天然气气瓶检查的完善体系，严格执行GB19533—2004《汽车用压缩天然气钢瓶定期检验与评定》的规定。钢瓶的首次检验和第二次检验为每三年进行一次，第二次检验后每两年进行一次；对出租车用钢瓶的检验每两年进行一次，第二次检验的有效期为一年。如果气瓶被重新安装，且处在腐蚀环境，或被火烧过，则气瓶必须经重新检测后方可使用。　　汽车用压缩天然气钢瓶工作压力为20MPa，一般安装在出租车的尾部或公交车上，汽车在路上行驶，钢瓶使用状况复杂多变，且充装的压缩天然气是有应力倾向的介质，使用一定时间后可能会使钢瓶内外表面造成一定的损伤，因此必须对钢瓶进行定期检验，以确保汽车安全运行。

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